Ühel ajal olid inimkonnal ambitsioonid, mis viisid selliste uskumatute projektideni nagu esimene mehitatud lend kosmosesse või missioon Kuule. Järgmine samm on planeetide koloniseerimine ja seejärel tähtedevaheline rändamine. Läbimurre Starshoti algatus on inimlike ambitsioonide järglane ja lubab sillutada meie tee tähtede vahetusse lähedusse.
Venemaa miljardäride ettevõtja Juri Milneri vaimusünnitus läbimurre Starshot sai kuulsaks 2016. aasta aprillis pressikonverentsil, kus osalesid tuntud füüsikud, sealhulgas Stephen Hawking ja Freeman Dyson. Ehkki projekt pole kaugeltki lõpule jõudnud, hõlmab esialgne plaan tuhandete postmargi suuruste kiipide saatmist suurtele hõbepurjedele, mis sisenevad kõigepealt Maa orbiidile ja seejärel kiirenevad maapealsete laseritega.
Kahe minuti jooksul laserkiirendusega kiirendab kosmoselaev valguse kiirust viiendikuni - tuhat korda kiiremini kui ükski tehisõiduk kogu inimkonna ajaloo vältel.
Iga kosmoselaev lendab 20 aastat ja kogub tähtedevahelise kosmose kohta teaduslikke andmeid. Alfa Centauri tähesüsteemis planeetide juurde jõudes teeb sisseehitatud digitaalkaamera kõrge eraldusvõimega fotosid ja saadab pilte Maale, võimaldades meil vaadata meie lähimaid planeedinaabreid. Lisaks teaduslikele teadmistele saame teada, kas need planeedid sobivad inimeste koloniseerimiseks.
Breakthrough Starshoti taga olev meeskond on sama muljetavaldav kui tehnoloogia. Juhatusse kuuluvad Milner, Hawking ja Facebooki looja Mark Zuckerberg. NASA Amesi uurimiskeskuse endine direktor Pete Warden on tegevjuht. Mitmed tuntud teadlased, sealhulgas Nobeli preemia laureaadid, nõustavad projekti ning Milner pani töö alustamiseks sisse 100 miljonit dollarit omavahenditest. Nad investeerivad koos kolleegidega mitme aasta jooksul töö lõpuleviimiseks üle 10 miljardi dollari.
Ehkki kogu see idee näib olevat täiesti ulme, pole selle rakendamisel teaduslikke takistusi. See ei pea aga juhtuma homme: Starshot'i õnnestumiseks on vaja mitmeid tehnoloogia arenguid. Korraldajad ja teaduskonsultandid usuvad eksponentsiaalsesse edusse ja Starshot on tegutsenud juba 20 aastat.
Altpoolt leiate loetelu üheteistkümnest Starshot-tehnoloogiast ja lootustest, mida teadlased loodavad oma eksponentsiaalsele arengule järgmise kahekümne aasta jooksul.
Reklaamvideo:
Eksoplaneedi tuvastamine
Eksoplaneet on planeet, mis asub väljaspool meie päikesesüsteemi. Ehkki eksoplaneedi esimene teaduslik avastus leidis aset alles 1988. aastal, avastati 1. maist 2017 2 702 planeedisüsteemis 3 608 eksoplaneeti. Kuigi mõned neist sarnanevad Päikesesüsteemi planeetidega, on palju ebaharilikke, näiteks neid, mille rõngad on 200 korda laiemad kui Saturni oma.
Mis on selle avastuste tulva põhjus? Teleskoopide oluline parendamine.
Just 100 aastat tagasi oli maailma suurim teleskoop Hookeri teleskoop 2,54-meetrise peegliga. Täna on ESO väga suur teleskoop, mis koosneb neljast suurest 8,2-meetrise läbimõõduga teleskoobist, kõige produktiivsem maapealne astronoomiarajatis, mis toodab päevas ühe teadusliku ülevaate ekspertarvamuse kohta.
Teadlased kasutavad MBT-d ja spetsiaalset tööriista tähe potentsiaalselt asustatavast tsoonist tahkete ekstrasolaarsete planeetide otsimiseks. 2016. aasta mais leidsid Tšiilis TRAPPISTi teleskoopi kasutavad teadlased potentsiaalselt asustatavas tsoonis mitte ühe, vaid seitse Maa suurust eksoplaneeti.
Vahepeal on kosmoses NASA spetsiaalselt ülesande jaoks loodud kosmoselaev Kepler tuvastanud juba enam kui 2000 eksoplaneeti. James Webbi kosmoseteleskoop, mis lansseeritakse 2018. aasta oktoobris, annab enneolematu ülevaate sellest, kas eksoplaneedid saavad elu toetada. "Kui nendel planeetidel on õhkkond, on JWST nende saladuste paljastamise võti," ütles NASA peakorteri Washingtonis asuva eksoplaneetide programmi teadlane Doug Hudgins.
Käivituskulud
Emalaev Starshot lastakse raketi pardale ja see laseb 1000 laeva. Ühekordse kasutusega rakettide abil tasuliste veoste maksumus on tohutu, kuid erateenuse pakkujad, näiteks SpaceX ja Blue Origin, on näidanud edu korduvkasutatavate rakettide käivitamisel, mis eeldatavasti vähendavad stardikulusid märkimisväärselt. SpaceX on juba vähendanud Falcon 9 käivitamiseks kulusid 60 miljoni dollarini ja kuna privaatse kosmosevaldkond laieneb ning korduvkasutatavad raketid muutuvad üha enam valdavaks, siis hind langeb ja langeb.
Tärklis
Iga 15 mm Starchip ("tähekiip") peab sisaldama suurt hulka keerukaid elektroonikaseadmeid, nagu näiteks navigatsioonisüsteem, kaamera, sidelaser, radioisotoopide aku, kaamera multiplekser ja selle liides. Insenerid loodavad, et suudavad selle kõik väikese postmargi suurusesse masinasse pigistada.
Lõppude lõpuks sisaldasid 1960. aastate esimesed arvutikiibid käputäis transistore. Tänu Moore'i seadusele mahub täna igasse kiipi miljardeid transistore. Esimene digikaamera kaalus mitu kilogrammi ja jäädvustas 0,01-megapikslisi pilte. Täna pildistab digitaalkaamera andur kvaliteetseid värvipilte 12-megapikslise kujutisega ja sobib nutitelefoniks - koos teiste sensoritega, nagu GPS, kiirendusmõõtur ja güroskoop. Ja näeme, et need parandused viivad kosmoseuuringutesse väiksemate satelliitide kaudu, mis pakuvad meile kvaliteetseid andmeid.
Et Starshot oleks edukas, vajame 2030. aastaks kiibimassi umbes 0,22 grammi. Kui parandused jätkuvad samas tempos, näitavad prognoosid, et see on täiesti võimalik.
Kerge puri
Purje peaks olema valmistatud materjalist, mis on tugevalt peegeldav (laseriga maksimaalse impulsi saamiseks), minimaalselt neelav (nii, et kuumus ei põleks) ja samal ajal väga kerge (lubatud kiireks kiirendamiseks). Need kolm kriteeriumi on äärmiselt olulised ja praegu pole nende jaoks sobivat materjali.
Vajalikud edusammud võivad tuleneda tehisintellekti automatiseerimisest ja uute materjalide avastamise kiirendamisest. See automatiseerimine on läinud nii kaugele, et masinõppe meetodid võivad tänapäeval "genereerida sobivate materjalide kandidaatide raamatukogusid kümnetes tuhandetes positsioonides" ja võimaldada inseneridel kindlaks teha, milliste nimel tasub võidelda ja milliseid tasub teatud tingimustel testida.
Energia salvestamine
Ehkki Starchip kasutab oma 24-aastase teekonna jooksul pisikest radioisotoobi aku, vajame laserite jaoks siiski tavalisi keemilisi akusid. Laserid peavad lühikese aja jooksul vabastama kolossaalse energia, mis tähendab, et energiat tuleb hoida läheduses asuvates akudes.
Patareide arv paraneb umbes 5-8% aastas, kuigi me sageli seda ei näe, kuna energiatarbimine kasvab. Kui akud jätkavad selle kiiruse paranemist, on kahekümne aasta jooksul need 3-5 korda suuremad kui praegu. Teised uuendused võiksid järgneda suurtele investeeringutele akutööstuses. Tesla-Solar City ühisettevõte on Kauaile juba tarninud 55 000, et toita suurem osa oma taristust.
Laserid
Koos purjega veesõiduki liikumiseks kasutatakse tuhandeid võimsaid lasereid.
Laserid kuulasid Moore'i seadust samamoodi nagu integraallülitused, kahekordistades võimsust iga 18 kuu tagant. Viimasel kümnendil on dioodi- ja kiudlaserite võimsuse muutmine dramaatiliselt kiirenenud. Esimene läbistas 2010. aastal 10-kilovatise ühe režiimiga kiu ja mõni kuu hiljem 100-kilovatise tõkke. Lisaks toorele võimsusele vajame edu ka järk-järgulise massiivi laserite kombineerimisel.
Kiirus
Meie võime kiiresti liikuda … liikus kiiresti. 1804. aastal leiutati rong ja see saavutas peagi ennekuulmatu kiiruse - 100 kilomeetrit tunnis. Kosmoselaev "Helios-2" varjutas selle rekordi 1976. aastal: kiireimal hetkel liikus "Helios-2" Maast kaugemale kiirusega 356 040 km / h. 40 aastat hiljem on kosmoselaev New Horizons saavutanud heliotsentrilise kiiruse 45 kilomeetrit sekundis (üle 200 000 kilomeetri tunnis). Kuid isegi sellise kiirusega kulub nelja valgusaasta kaugusel asuva Alpha Centaurini jõudmiseks palju aega.
Kuigi osakeste kiirendites on subatomaatiliste osakeste kiirendamine peaaegu valguse kiiruseks muutunud tavaliseks, pole makroskoopilised objektid suutnud seda kiirendada. 20% -ni jõudmine oleks valguse kiirus 1000-kordne inimese ehitatud objekti kiirus.
Mälu salvestamine
Arvutuste aluseks sai teabe salvestamise võime. Starshot sõltub Alpha Centauri tähesüsteemis ja selle planeetidel jäädvustatud programmide ja piltide jaoks piisavast salvestusruumist digitaalse mälu hinna ja mahu jätkuvas languses.
Mälu hind on aastakümnetega hüppeliselt langenud: 1970. aastal oli megabaidi väärtus umbes miljon dollarit; nüüd - pelgalt penne. Ka hoiustamiseks vajalik suurus on kahanenud, alates 1956. aastal laaditud 5-megabaidisest kõvakettast kahveltõstukiga kuni mõne grammi kaaluva 512-gigabaidise USB-mälupulgani.
Telekommunikatsioon
Kui Starchip on pildid jäädvustanud, tuleb need töötlemiseks Maale saata.
Telekommunikatsioon on märkimisväärselt edenenud pärast seda, kui Alexander Graham Bell leiutas telefoni 1876. aastal. Keskmine Interneti kiirus on täna umbes 11 megabitti sekundis. 4 valgusaasta jooksul - 40 triljonit kilomeetrit - digitaalsete piltide saatmiseks vajalik ribalaius ja kiirus nõuavad telekommunikatsiooni viimaseid edusamme.
Li-Fi-tehnoloogia on äärmiselt paljutõotav ja selle juhtmevaba edastamine tõotab olla 100 korda kiirem kui Wi-Fi. Kvanttelekommunikatsiooni valdkonnas on ka eksperimente, mis ei ole küll kiired, kuid turvalised.
Arvutused
Starchipi projekti viimane samm on kosmoselaeva tagastatud andmete analüüs. Selleks peame lähtuma arvutusvõimsuse eksponentsiaalsest arengust, mis on viimase 60 aasta jooksul kasvanud triljon korda.
Hiljuti on arvutustehnika hinnalangust tugevalt seostatud pilvedega. Vaadates tulevikku ja kasutades uusi arvutusmeetodeid, näiteks kvante, võime Starshot'i andmete tagastamise järel oodata võimsuse 1000-kordset suurenemist. See erakordne arvutusvõimsus võimaldab meil läbi viia lähima naabruses asuva tähesüsteemi keerukaid teaduslikke simulatsioone ja analüüse.
ILYA KHEL
